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metadata.dc.type: Dissertação
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Reforma a vapor do metano para produção de hidrogênio: estudo termodinâmico e protótipo de modelo matemático de reator com membrana
metadata.dc.creator: Alves, Sandro de Carvalho
metadata.dc.contributor.advisor1: Assis, Adilson José de
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Damasceno, João Jorge Ribeiro
metadata.dc.contributor.referee1: Henrique, Humberto Molinar
metadata.dc.contributor.referee2: Santana, Pedro Leite de
metadata.dc.description.resumo: A reforma a vapor do metano é o método industrial dominante na produção de hidrogênio. As reações de reforma a vapor são altamente endotérmicas e o reator deve operar a altas temperaturas a fim de se obter conversões razoáveis. O uso de reator com membrana torna possível realizar as reações de reforma a vapor a temperaturas mais moderadas através da retirada contínua de hidrogênio. Os resultados deste trabalho mostram a potencialidade do uso dos reatores com membrana na produção de hidrogênio a partir da reforma a vapor do metano em condições mais amenas do que as empregadas pela tecnologia convencional, com conseqüente economia de energia. O principal objetivo desta dissertação foi apresentar e validar um modelo de reator com membrana seletiva a H2, além de realizar o estudo termodinâmico e cinético das reações de reforma a vapor. Os dados experimentais utilizados na validação foram obtidos da literatura. Para tanto, três modelos matemáticos foram apresentados, sendo que o primeiro é relativamente simples, porém representativo, de um reator com membrana para a reforma a vapor do metano, em que considerou somente o balanço de massa. Isto é válido para condições de escala de laboratório na qual o reator pode ser tomado como sendo isotérmico. A partir do primeiro modelo, evoluiu-se para o segundo, mais complexo e que leva em consideração os balanços de massa, energia e de momento ao longo do reator. O terceiro modelo, tal como o segundo, considerou os balanços de massa, energia e momento ao longo do comprimento do reator com membrana. Através destes estudos verificou-se que variáveis como velocidade espacial (WHSV), razão carga de metano-superfície de membrana (L/S), temperatura, pressão da reação, pressão parcial do hidrogênio e a própria presença da membrana influenciam significativamente na conversão do metano. Alguns destes parâmetros foram analisados através de estudos de sensibilidade paramétrica pelo método das derivadas usando o código DASPK 3.0. Para o primeiro modelo analisaram-se as sensibilidades à pertubação dos parâmetros WHSV e L/S ao longo do reator, na conversão de CH4, sendo que o parâmetro tm (ou L/S) possui um efeito muito mais acentuado.
Abstract: Methane steam reforming is the main industrial process for the production of hydrogen. The reaction should be carried out at high temperatures in order get reasonable conversions because of high endothermicity. Due to the continuous withdrawal of hydrogen from the membrane reactor the reforming temperatures are relatively lower. In this work, the results show the potential use of membrane reactors for hydrogen production from methane steam reforming with conditions more moderate than the conventional technology. This could result in an energy economy. The main goal of this dissertation was to present and to validate a model of reactor with a selective membrane to H2 incorporated in such system. Besides, thermodynamic and kinetic studies were accomplished for the steam reforming reactions. The experimental data used in the validation were obtained from literature and three mathematical models were presented. The first model is relatively simple, but representative of membrane reactor to methane reforming, where it considered only mass balance. These conditions are valid for laboratory scale where the reactor could be considered isothermic. From this first model a second model was proposed. This second model was more complex than the first because it considered the mass, energy and momentum balances along of reactor without membrane. The third model as the second model considered the mass, energy and momentum balances along of reactor but in this case the reactor has a membrane. These studies verified that variables as the hourly space velocity (WHSV), load-to-surface ratio (L/S), temperature, reaction pressure, hydrogen partial pressure and the membrane influenced significantly on the methane conversion. The influences of some parameters of the model were also analyzed through sensitivity studies by derivative methods by the code DASPK 3.0. For by the first model presented was analyzed the sensitivity to the perturbations of the parameter WHSV and L/S along of the reactor, in the methane conversion. The efect was more accentuated in the parameter L/S.
Keywords: Modelagem e simulação
Conversão de equilíbrio
Análise de sensibilidade
Modeling and simulation
Equilibrium conversion
Sensitivity analysis
Hidrogênio-Produção
Metano-Reforma
Reatores com membrana- Modelagem e simulação
Modelos matemáticos
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.initials: UFU
metadata.dc.publisher.department: Engenharias
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Citation: ALVES, Sandro de Carvalho. Reforma a vapor do metano para produção de hidrogênio: estudo termodinâmico e protótipo de modelo matemático de reator com membrana. 2005. 220 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2005.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15269
Issue Date: 31-Oct-2005
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Química

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